커패시터는 가장 많이 사용되는 전자 부품 중 하나입니다. 플레이트에 정전압 (전위차)을 생성하는 전하의 형태로 내부에 에너지를 저장할 수 있습니다. 간단히 말해 커패시터는 소형 충전식 배터리와 유사합니다. 커패시터는 두 개의 전도성 또는 금속판이 평행하게 배치 된 조합 이며 왁스 종이, 운모, 세라믹, 플라스틱 등으로 구성된 우수한 절연 층 (유전체 라고도 함 )에 의해 전기적으로 분리됩니다.
전자 제품에는 커패시터가 많이 적용되며 그중 일부는 다음과 같습니다.
- 에너지 저장
- 파워 컨디셔닝
- 역률 보정
- 여과법
- 발진기
이제 요점은 커패시터가 작동하는 방식입니다. 전원 공급 장치를 커패시터에 연결하면 절연 층으로 인해 DC 전류를 차단하고 전하의 형태로 플레이트에 전압이 흐르도록합니다. 따라서 커패시터가 작동하는 방식과 용도 또는 용도를 알고 있지만 전자 회로에서 커패시터를 사용하는 방법을 배워야합니다.
전자 회로에서 커패시터를 연결하는 방법?
여기에서는 커패시터의 연결과 그로 인한 효과를 예제를 통해 보여줄 것입니다.
- 직렬 커패시터
- 병렬 커패시터
- AC 회로의 커패시터
직렬 회로의 커패시터
회로에서 위의 이미지와 같이 커패시터를 직렬로 연결하면 총 커패시턴스가 감소합니다. 직렬로 연결된 커패시터를 통과하는 전류는 동일합니다 (즉, i T = i 1 = i 2 = i 3 = i n). 따라서 커패시터에 저장된 전하는 동일합니다 (즉, Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3). 커패시터 플레이트에 저장된 전하는 회로의 인접한 커패시터 플레이트에서 발생하기 때문입니다.
적용하여 키르히 호프의 전압 법칙 회로에서 (KVL)를, 우리가
V T = V C1 + V C2 + V C3 … 방정식 (1)
아시다시피
Q = CV 그래서, V = Q / C
여기서, V C1 = Q / C 1; V C2 = Q / C 2; V C3 = Q / C 3
이제 위의 값을 방정식 (1)에 넣으십시오.
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3)
n 개의 직렬 커패시터에 대해 방정식은 다음과 같습니다.
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3) +…. + (1 / Cn)
따라서 위의 방정식은 직렬 커패시터 방정식입니다.
여기서 C T = 회로의 총 커패시턴스
C 1 … n = 커패시터 커패시턴스
두 가지 특수한 경우에 대한 커패시턴스 방정식은 다음과 같이 결정됩니다.
사례 I: 직렬로 연결된 두 개의 커패시터가 다른 값을 갖는 경우 정전 용량은 다음과 같이 표현됩니다.
(1 / C T) = (C 1 + C 2) / (C 1 * C 2) 또는, CT = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2)… 방정식 (2)
사례 II: 두 개의 커패시터가 직렬로 연결된 경우 동일한 값을 가진 커패시턴스는 다음과 같이 표현됩니다.
(1 / C T) = 2C / C 2 = 2 / C 또는 C T = C / 2
직렬 커패시터 회로의 예:
이제 아래 예에서는 총 커패시턴스와 각 커패시터의 개별 rms 전압 강하를 계산하는 방법을 보여줍니다.
위의 회로도 에 따라 서로 다른 값 으로 직렬 로 연결된 두 개의 커패시터가 있습니다. 따라서 커패시터 양단의 전압 강하도 동일하지 않습니다. 동일한 값을 가진 두 개의 커패시터를 연결하면 전압 강하도 동일합니다.
이제 커패시턴스의 총 값에 대해 방정식 (2)의 공식을 사용합니다.
따라서 C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2) 여기에서 C 1 = 4.7uf 및 C 2 = 1uf C T = (4.7uf * 1uf) / (4.7uf + 1uf) C T = 4.7uf / 5.7uf C T = 0.824uf
이제 커패시터 C 1 의 전압 강하 는 다음과 같습니다.
VC (1) = (C T / C (1)) * V T VC 1 = (0.824uf / 4.7uf) * 12 VC 1 = 2.103V
이제 커패시터 C 2 양단의 전압 강하 는 다음과 같습니다.
VC 2 = (C T / C 2) * V T VC 2 = (0.824uf / 1uF의) 12 * VC 2 = 9.88V
병렬 회로의 커패시터
커패시터를 병렬로 연결하면 총 커패시턴스가 모든 커패시터 커패시턴스의 합과 같습니다. 모든 커패시터의 상단 플레이트가 함께 연결되어 있고 하단 플레이트도 연결되어 있기 때문입니다. 따라서 서로 접촉함으로써 유효 플레이트 면적도 증가합니다. 따라서 커패시턴스는 면적과 거리의 비율에 비례합니다.
위의 회로에서 Kirchhoff의 현재 법칙 (KCL) 을 적용함으로써, 나는 T = 나는 1 + i 2 + 나는 3
우리가 알다시피 커패시터를 통한 전류는 다음과 같이 표현됩니다.
i = C (dV / dt) 그래서, i T = C 1 (dV / dt) + C 2 (dV / dt) + C 3 (dV / dt) 그리고, i T= (C 1 + C 2 + C 3) * (dV / dt) i T = C T (dV / dt)… 방정식 (3)
방정식 (3)에서 병렬 커패시턴스 방정식은 다음과 같습니다.
C T = C 1 + C 2 + C 3
n 개의 커패시터가 병렬로 연결된 경우 위의 방정식은 다음과 같이 표현됩니다.
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + 내지 Cn
병렬 커패시터 회로의 예
아래 회로도에는 병렬로 연결된 세 개의 커패시터 가 있습니다. 이러한 커패시터가 병렬로 연결되어 있으므로 등가 또는 총 커패시턴스는 개별 커패시턴스의 합과 같습니다.
C T = C 1 + C 2 + C 3 여기서, C 1 = 4.7uf; C 2 = 1uF의 및 C 3 = 0.1uF를 따라서 C T = (4.7 + 0.1 +1) UF C T = 5.8uf
AC 회로의 커패시터
커패시터가 DC 전원에 연결되면 커패시터가 천천히 충전되기 시작합니다. 그리고 커패시터의 충전 전류 전압이 공급 전압과 같을 때 완전히 충전 된 상태라고합니다. 여기서,이 조건에서 커패시터는 전압이인가되는 한 에너지 원으로 작동합니다. 또한 커패시터는 완전히 충전 된 후 전류가 통과하지 못하도록합니다.
항상 위의 순수 용량 성 회로에 표시된대로 AC 전압이 커패시터에 공급됩니다. 그런 다음 커패시터는 모든 새로운 전압 레벨까지 지속적으로 충전 및 방전합니다 (양의 전압 레벨에서 충전하고 음 전압 레벨에서 방전). AC 회로에서 커패시터의 커패시턴스는 회로에 공급되는 입력 전압의 주파수에 따라 달라집니다. 전류는 회로에 적용되는 전압 변화율에 정비례합니다.
나는 = dQ / dt = C (dV / dt)
AC 회로의 커패시터에 대한 페이저 다이어그램
아래 이미지에서 AC 커패시터의 페이저 다이어그램에서 볼 수 있듯이 전류와 전압은 사인파로 표시됩니다. 관찰시 0⁰에서 충전 전류는 전압이 양의 방향으로 꾸준히 증가하기 때문에 피크 값에 있습니다.
이제 90⁰에서 공급 전압이 최대 값에 도달하기 때문에 커패시터를 통해 전류가 흐르지 않습니다. 180⁰에서 전압은 천천히 0으로 감소하기 시작하고 전류는 음의 방향으로 최대 값에 도달합니다. 그리고 다시 충전은 공급 전압이 최소값이기 때문에 360⁰에서 최고 값에 도달합니다.
따라서 위의 파형에서 전류가 전압을 90⁰ 앞선다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 이상적인 커패시터 회로 에서 AC 전압이 전류보다 90⁰ 지연된다고 말할 수 있습니다.
AC 회로의 커패시터 리액턴스 (Xc)
위의 회로도를 고려하면 AC 입력 전압이 다음과 같이 표현된다는 것을 알 수 있습니다.
V = V m Sin wt
그리고 커패시터 충전 Q = CV, 따라서 Q = CV m Sin wt
그리고 커패시터를 통한 전류, i = dQ / dt
그래서, i = d (CV m Sin wt) / dt i = C * d (V m Sin wt) / dt i = C * V m Cos wt * w i = w * C * V m Sin (wt + π / 2) at, wt = 0 sin (wt + π / 2) = 1 따라서 i m = wCV m V m / i m = 1 / wC
아시다시피 w = 2πf
그래서, 용량 성 리액턴스 (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC
AC 회로의 용량 성 리액턴스의 예
도표
C = 2.2uf의 값과 공급 전압 V = 230V, 50Hz를 고려해 보겠습니다.
이제 용량 성 리액턴스 (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC 여기에서 C = 2.2uf, f = 50Hz 그래서, Xc = 1 / 2 * 3.1414 * 50 * 2.2 * 10 -6 Xc = 1446.86 ohm